Разрабатывается термоядерный двигатель для полётов в космосе

[Ahilezz]

Учёные из Университета Алабамы в Хантсвилле (США) в сотрудничестве с НАСА разрабатывают технологию для термоядерного ракетного двигателя, работающего на основе Z-пинча.

По их словам, новый двигатель в перспективе сможет снизить время полёта к Марсу с 6–8 месяцев до 6–8 недель.

Продолжительность полёта — одна из причин, которые исключают пилотируемое путешествие к Красной планете на существующих аппаратах. Тот же Curiosity летит туда семь месяцев, но он хоть возвращаться не будет. А вот экипаж пилотируемого корабля должен будет запасти еду и прочее почти на полтора года, только чтобы слетать и вернуться. Увеличение веса при этом окажется столь велико, что потребуются серьёзные сдвиги в ракетостроении, чтобы обеспечить такой полёт, и всё равно он будет сверхдорогим.



Основная концепция проектируемого термоядерного двигателя заключается в использовании Z-пинча: при пропускании по удерживаемой магнитно-инерциальным методом плазмы большого тока она дополнительно сожмётся и нагреется под действием его магнитного поля, превратившись в источник мощного излучения в виде линейного плазменного столба.

При этом пятисантиметровые «шайбы» из дейтерия и лития (с тритием) внутри будут сжиматься и разогреваться (в том числе лазерами) до начала термоядерного синтеза, энергия которого и должна приводить в движение космический корабль.

Чтобы контролировать направление вылета продуктов термоядерной реакции, планируется использовать электромагнитное сдерживающее поле с узким соплом, по которому продукты реакции будут выбрасываться в направлении, противоположном движению корабля.



Исследователи из Университета Алабамы недавно получили Decade Module 2, ранее использовавшийся Министерством обороны США в военных целях. Основной трудностью при реализации Z-пинча, разработанного в 1950-х, всегда было то, что плазма сжималась неоднородно и плазменный канал вследствие «сосисочной неустойчивости» в конечном счёте разрушался.

Однако, по словам учёных, они создали теоретическую модель, которая позволит избежать подобную неустойчивость в течение достаточного времени для импульсно работающего термоядерного РД. Модель осталось лишь протестировать при помощи Decade Module 2, импульсной установки, создающей моментальные импульсы (на сжатие микромишеней) мощностью до 500 кДж. Запуск Decade Module 2 на полную мощность, по словам разработчиков, состоится в начале 2013 года.

Мы уже писали о такого рода магнитно-инерциальном подходе к термоядерному синтезу: одновременно для удержания плазмы будут использоваться магнитное и электрическое поля, а также разогрев мишеней лазерными импульсами, причём недавно проведённое компьютерное моделирование обещает достижение при этом z = 100.

Впрочем, создать работоспособный термоядерный двигатель — это лишь начало. Жилой модуль конструкторы намерены разместить в головной части корабля (чтобы снизить радиационное воздействие), сам термоядерный реактор — в соединительном трубоподобном модуле, а мощные сверхпроводящие магниты и МГД-генератор — в кормовой части, в обширном параболическом блоке, при помощи которого продукты реакции будут направляться назад при движении КА. Предельно сложной проблемой будет охлаждение термоядерного реактора в космосе. Помимо охладительного контура, функционирующего на смеси фторида лития и дифторида бериллия, потребуются внушительные радиаторы охлаждения.

Разумеется, само стремление бедствующего нынче НАСА начать исследования по столь амбициозной тематике дорогого стоит. Но и объём проблем, которые предстоит решить, очень велик, так что ожидать завершения проекта в ближайшие годы не приходится. Но в случае успеха термоядерный ракетный двигатель, несомненно, станет прорывным достижением.

[Дмитрий Виницкий]

Бедствующее НАСА настолько же реальная формулировка, как этот дивайс, летящий к Марсу.

Вы не в курсе, где можно увидеть работающий термоядерный реактор? :wink:

[C-300]

Где-то я уже видел эти картинки...

[Ahilezz]

А здесь ведь никто и не говорит о термоядерном реакторе. Импульсный термоядерный двигатель. Типа как пресловутый ORION, но на термояде. Водородную бомбу то создали

[C-300]

А здесь ведь никто и не говорит о термоядерном реакторе. Импульсный термоядерный двигатель. Типа как пресловутый ORION, но на термояде. Водородную бомбу то создали

Какая разница? Отношение полученная/вложенная энергия пока что колеблется около 1. И это - редкие опыты.

[Ahilezz]

А здесь ведь никто и не говорит о термоядерном реакторе. Импульсный термоядерный двигатель. Типа как пресловутый ORION, но на термояде. Водородную бомбу то создали

Какая разница? Отношение полученная/вложенная энергия пока что колеблется около 1. И это - редкие опыты.

Позволю себе с тобой не согласиться. Разговор не идет о получении энергии, разговор идет о банальном взрыве маленьких бомбочек ( если это правильно так называть ). Плюс это проект не не 1 год. А лет через 5-10 кто его знает какие будут технологии.

[Дмитрий Виницкий]

Если миновать компьюленту

http://www.uah.edu/news/items/10-research/2501-slapshot-to-deep-space

Проветривают архивы :mrgreen:

[C-300]

Позволю себе с тобой не согласиться. Разговор не идет о получении энергии, разговор идет о банальном взрыве маленьких бомбочек ( если это правильно так называть ). Плюс это проект не не 1 год.

Вы имеете в виду, что полученную при взрыве энергию не надо преобразовывать в электрическую и за счёт этого поднять КПД?

А лет через 5-10 кто его знает какие будут технологии.

С термоядом за 50 лет дошли до коэффициента 1. Так что динамика есть, но меееедленная.

[LG]

Я так понимаю это про ЯЖРД
Флаг в руки.

[Ahilezz]

Вы имеете в виду, что полученную при взрыве энергию не надо преобразовывать в электрическую и за счёт этого поднять КПД?

Ну на сколько я понимаю просто нужно создать реактивную тягу. При взрыве образуется некое ( какое конкретно не знаю ) количество плазмы, которая просто выбрасывается через сопло. По моим скромным понятиям где-то так

[Ahilezz]

и этом пятисантиметровые «шайбы» из дейтерия и лития (с тритием) внутри будут сжиматься и разогреваться (в том числе лазерами) до начала термоядерного синтеза, энергия которого и должна приводить в движение космический корабль.

Чтобы контролировать направление вылета продуктов термоядерной реакции, планируется использовать электромагнитное сдерживающее поле с узким соплом, по которому продукты реакции будут выбрасываться в направлении, противоположном движению корабля.

Обычный термоядерный БУМ, результаты которого потом выплевываются с помощью электромагнитного поля из сопла двигателя.

[Дмитрий Виницкий]

Угу, обычный "пук"! :mrgreen:

[C-300]

Ну на сколько я понимаю просто нужно создать реактивную тягу. При взрыве образуется некое ( какое конкретно не знаю ) количество плазмы, которая просто выбрасывается через сопло. По моим скромным понятиям где-то так

Это понятно. Главное, чтобы выделялось энергии больше, чем затрачивалось на разогрев. С этим пока что проблема.
Не надо забывать и про массу лазеров. Посмотрите на NIF - здоровенные корпуса.
П. С. как обстоит дело с Z-пинчами я не знаю. А в инерциальном ТЯС диаметр таблеток существенно меньше 5 см и имеют они сложную структуру - окружены хольраумом (вольфрамовый цилиндр с отверстиями по торцам; через торцы входят лазерные лучи, нагревают хольраум, он светит в рентгене, это излучение равномерно обжимает капсулу с Д-Т смесью).

[Ahilezz]

Это понятно. Главное, чтобы выделялось энергии больше, чем затрачивалось на разогрев. С этим пока что проблема.
 Не надо забывать и про массу лазеров. Посмотрите на NIF - здоровенные корпуса.

Тут конечно загвоздка. Хотя если поставить достаточно мощный источник энергии... Ведь главное чтоб летело быстро. Ну вот Роскосмосс создает ядерный реактор. Его можно будет использовать ( если конечно договориться между собой ). Хотя вопрос цены/качества будет стоять. Ну для этого и нужны исследования.

По крайней мере есть хоть маленькая но все-же надежда на то что эта штука заработает. Ведь принципиально нерешаемого тут нет. Просто нужно решить некоторые технические вопросы...

[LG]

Кстати любопытно когда люди не понимают разницы между ЯЖРД и ЭРДУ питаемым ЯЭУ. Это некий тест на профпригодность.

[C-300]

Ведь принципиально нерешаемого тут нет. Просто нужно решить некоторые технические вопросы...

счаз, технические вопросы. теоретики волосы рвут по всему телу, чтобы описать поведение термоядерной плазмы.

[zeaman]

Бедствующее НАСА настолько же реальная формулировка, как этот дивайс, летящий к Марсу.

Вы не в курсе, где можно увидеть работающий термоядерный реактор? :wink:

На Z-Pinche - вот

(ПС- Я помимаю, что никакого термоядерного реактора, для получения энергии не будет с ближней и средней перспективе, да картинка уж больно хороша..)

[echoes]

Кстати любопытно когда люди не понимают разницы между ЯЖРД и ЭРДУ питаемым ЯЭУ. Это некий тест на профпригодность.

Ну щас покажу тест на профпригодность!
 :shock: Откуда в этом девайсе поступает питание на Magnetic Nozzle и на сдерживание плазмы???

[Павел73]

Ну вот и звездолётики потихоньку начинают подтягиваться...

[echoes]

Ну вот и звездолётики потихоньку начинают подтягиваться...

Subsystem
[Mass (kg)]

Payload
[150,000] – crew habitat, lander, small transport, radiation protection, ECLSS equipment and consumables for crew quarters

Structures
[31,500] – Main truss, main propulsion tanks, secondary structure for systems below

Main Propulsion
[115,000] – MIF nozzle, magnetic coils, neutron/gamma shielding cap, capacitor/Marx generator recharge system

Thermal Management
[77,000] – radiators, pumps, tanks, cryo-coolers, thermal fluids
 
Power Systems
[16,500] – fission reactor, radiation shield, distribution lines

Avionics & RCS
[2,300] – control boxes, sensors, communication & Reaction Control System (RCS)

Total Dry Mass
[392,300]
 
30% Mass Growth Allowance
[117,700]

Main propulsion & RCS propellant – for 90-day Mars roundtrip
[87,900]

Total Mass (Best Estimate)
[597,900]

Source: http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120002875_2012002392.pdf

[echoes]

Вобщем - фигня круче VASIMR (тоже фигня)
-1

[Дмитрий Инфан]

Ну вот и звездолётики потихоньку начинают подтягиваться...

Пока только вырисовываться. Где-то далеко-далеко...

[SpaceR]

Ну щас покажу тест на профпригодность!
 :shock: Откуда в этом девайсе поступает питание на Magnetic Nozzle и на сдерживание плазмы???

Не претендую, но любопытно.
Эээ... турбомашинный цикл от тепла системы охлаждения установки?  :roll: Со стартовым питанием от бортовых аккумуляторов(конденсаторов) и/или СБ?

Вобщем - фигня круче VASIMR (тоже фигня)
-1

Тут как-то непонятно: какая из фигней круче какой?

[Salo]

Где-то я уже видел эти картинки...

Здесь:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=853570#853570

[Виктор Левашов]

Где-то я уже видел эти картинки...

Здесь:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=853570#853570

Там логотипы НАСА. :shock:
Это не фейк?

(ПС- Я помимаю, что никакого термоядерного реактора, для получения энергии не будет с ближней и средней перспективе, да картинка уж больно хороша..)

Да, картинка впечатляет.

[kost3]

Rритерий Лоусона наземных ТЯЭС типа токомака, вернее его невысокое ныне значение? печально болтающееся около единицы - не слишком большая помеха к ТЯРД.
Конечно желательно чтобы он был чуть больше единицы. А может быть и меньше. Термоядерная реакция используется в этом случае в качестве реактивной силы.   Водородная бомба вона вообще электричество не производит - а движущая сила будь здоров!
В принципе, энергию на разогрев дейтериево-тритиевых шашек может давать простой ЯР. И наверняка это будет проще чем пытаться что-то снять с очень короткого импульса. Да и проблема удержания именно взрыва в магнитном поле - тоже ничего себе. Может статься что, просто тратить эту энергию (на разогрев шашек и магнитное удержание) на ЭРД будет намного выгоднее.
В общем импульсы - это главная бяка в проекте. Где-то надо хранить энергию между импульсами. Где? В конденсаторах?
Гораздо интереснее пробкотрон, как здесь уже не раз высказывались специалисты. Такие же бумажные как и эти парни из наса. Т ч можно написать такую же статью -" российские ученые строят ТЯРД уже 20 лет!"  с подзаголовком  (затраты на бумагу ставят этот проект под сомнение).
В любом случае нужен ЯР чтобы запускать ТЯРД, т ч ждем и надеемся ...

[Дмитрий Инфан]

Ближе всего к релизации на сегодня, ИМХО, обычный взрыволёт. Тут ничего изобретать не требуется: ядерные заряды минимальной мощности (0,3 КТ) в наличии, изготовление тяговой плиты и амортизаторов вряд ли будет представлять неразрешимую проблему (во всяком случае, она куда проще, чем проблема удержания термоядерной плазмы). Можно даже помещать ядерный заряд внутрь специальной оболочки  с жидким водородом (для увеличения тяги). 20 лет работы - и можно лететь хоть к Плутону.

[Дмитрий Виницкий]

Осталось только, чтобы согласились запускать ПН с десятком тысяч ядерных зарядов на борту
Ну, и чтобы стоимость их изготовления, не оказалась сравнима с разработкой пространственно-временного портала

[Дмитрий Инфан]

Реально построить взрыволёт никто пока не пытался, поэтому судить о стоимости проекта было бы преждевременно. Может быть, даже весьма вероятно, что она ничуть не больше, чем у ITER, который сейчас возводят во Франции.
А что до разрешения, то взрыволёт, по-любому будет международным проектом (как МКС) - одной отдельно взятой державе создать такой корабль будет не под силу. Если же США, Россия, Китай, Франция, Япония, Индия объединят усилия, то будет решена не только финансовая проблема, но и политическая. Что характерно: все вышеперечисленные страны (кроме Японии) - ядерные державы. Так что разрешение на базирование в космосе ядерных зарядов достигается автоматически.

[kost3]

И собрать всех толерастов и отправить на этом взрыволете и подложить 100001-ю капсулу помощнее.

[Бертикъ]

Кстати любопытно когда люди не понимают разницы между ЯЖРД и ЭРДУ питаемым ЯЭУ. Это некий тест на профпригодность.

Тест на профпригодность - дать ссылку на расшифровку аббревиатуры ЯЖРД.

[Ну-и-ну]

Бертикъ, Лев не ответит.

[Бертикъ]

Бертикъ, Лев не ответит.

Я не ради ответа, а ради истины. Человек попутал с ЯРД. Потому как ЯЖРД - это гибридный двигатель, который является частным случаем и не входит в классическую двигательную  классификацию

[Zhilinsky Valerij]

На данный момент НАСА в в NASA Marshall Space Flight Center разрабатывает две концепции пульсирующих термоядерных двигателей:
 
1) Pulsed Fission-Fusion (PuFF) Propulsion Concept, использующая сверхмаломощные ядерные взрывы (как я понимаю, с дополнительными внешними источниками нейтронов) для запуска термоядерной реакции https://www.nasa.gov/puff
 
2) Gradient Field Imploding Liner Fusion Propulsion System, с запуском термоядерной реакции при сжатии плазменного шнура импульсом магнитного поля
https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2017_Phase_I_Phase_II/Gradient_Field_Imploding_Liner_Fusion_Propulsion_System/
     
Для обоих вариантов получено лабораторное подтверждение работоспособности. Продолжение работы сдерживается из-за высокой стоимости.
   
3) Кроме того в прошлом году возобновлены работы по The Fusion Driven Rocket: Nuclear Propulsion through Direct Conversion of Fusion Energy
https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2012_Phase_II_fusion_driven_rocket/
По этому пункту есть совсем свежее движение:
https://catalog.data.gov/dataset/the-fusion-driven-rocket-nuclear-propulsion-through-direct-conversion-of-fusion-energy

[Кубик]

ядерные заряды минимальной мощности (0,3 КТ) в наличии, изготовление тяговой плиты и амортизаторов вряд ли будет представлять неразрешимую проблему (во всяком случае, она куда проще, чем проблема удержания термоядерной плазмы).

Проблема будет в зарядах как раз. Помнится, писал я тут, что представить "звёздные битвы" по их изображению у фантастов - несусветная чушь с экономической точки зрения - расход делящихся материалов даже на запалы при залпе только одного соединения в тысячи БЧ никакая мыслимая экономика не выдержит.. И как вам 0,3 кт - специально делать "пшикалку" из критической массы? Уж тогда берите подкритику и облучайте импульсно нейтронами. ...  и с чего вам массы заряда мало, хотите прибавить  - почему не мощнее с добавкой термоядерного горючего ? И испаряйте что угодно. Ищите что-нибудь поумнее, чать не война..

[Victor123]

Американская военно-промышленная корпорация Lockheed Martin разрабатывает вторую версию четвёртого прототипа компактного термоядерного реактора CFR

[Дмитрий Инфан]

Уж тогда берите подкритику и облучайте импульсно нейтронами.

Вариантов может быть сколько угодно. Можно вообще использовать реактор на водно-солевых растворах в качестве ЯРД, где активная зона (водный раствор солей делящегося изотопа) будет одновременно рабочим телом. Радиоактивное загрязнение, правда, будет высоким, но вряд ли сильно выше, чем у взрыволёта.

[Zhilinsky Valerij]

Уж тогда берите подкритику и облучайте импульсно нейтронами. ...  и с чего вам массы заряда мало, хотите прибавить  - почему не мощнее с добавкой термоядерного горючего ? И испаряйте что угодно.

Первый и третий вариант в списке наверху построены по этой схеме.
   

[Zhilinsky Valerij]

Уж тогда берите подкритику и облучайте импульсно нейтронами.

Вариантов может быть сколько угодно. Можно вообще использовать реактор на водно-солевых растворах в качестве ЯРД, где активная зона (водный раствор солей делящегося изотопа) будет одновременно рабочим телом. Радиоактивное загрязнение, правда, будет высоким, но вряд ли сильно выше, чем у взрыволёта.

Возможно, будет допустимо в дальнем космосе. Будет ещё большой расход рабочего тела, но, кажется воды в космосе много...
   
И, да, в этом варианте это импульсный ядерный (не термоядерный) двигатель. Хотя, возможно, что таким способом можно будет зажечь и термояд.
   

[Zhilinsky Valerij]

Американская военно-промышленная корпорация Lockheed Martin разрабатывает вторую версию четвёртого прототипа компактного термоядерного реактора CFR

Будет круто, если у них получится. Однако засунуть в истребитель такой реактор точно не получится.
   

[Astro Cat]

Это когда это хоть какой-нибудь термояд запустили? Прежде чем компактные делать.

[Zhilinsky Valerij]

Это когда это хоть какой-нибудь термояд запустили? Прежде чем компактные делать.

Термоядерные бомбы, и весьма компактные, вполне существуют.
   

[Василий Ратников]

Термоядерные бомбы, и весьма компактные, вполне существуют.

причем тут это ?

пока термояда нет вообще в бытовом плане и не понятно когда будет.
если сделают на земле гиганскую ТЭЦ на этом принципе будет первый шаг для космоса.
а пока никаких предпосылок что в ближайшие лет 30 мы увидим термоядерный двигатель в космосе нет.
и даже 50 лет вызывают сомнения.

[uncle_jew]

причем тут это ?

пока термояда нет вообще в бытовом плане и не понятно когда будет.
если сделают на земле гиганскую ТЭЦ на этом принципе будет первый шаг для космоса.

При том, что принцип работы этого двигателя гораздо ближе к водородной бомбе, чем к мирному термоядерному реактору. Для мирных реакторов совершенно другие проблемы нужно решать - устойчивость плазмы и устойчивость стенки реактора. Сделать на земле ТЭЦ, в которой будут взрываться маленькие термоядерные бомбы, весьма проблематично, т. к. нужно защищать окружающую среду от последствий взрывов, а в космосе это не нужно.

У этого подхода по прежнему масса нерешённых проблем, но неспособность людей построить мирный термоядерный реактор на Земле не входит в их число.

[Василий Ратников]

водородной бомбе

что бы экипаж выжил после взрыва термоядерной бомбы ) надо такую мега конструкцию в космосе что мы быстрее сделаем компактный термоядерный двигатель постоянного горения.


фигня это все вообщем, далеко за пределами возможностей современных технологий.
сделали бы лунный транспортер на ионных двигателях и компактном ядерном реакторе, уже был бы праздник жизни.

[Zhilinsky Valerij]

водородной бомбе

что бы экипаж выжил после взрыва термоядерной бомбы ) надо такую мега конструкцию в космосе что мы быстрее сделаем компактный термоядерный двигатель постоянного горения.

фигня это все вообщем, далеко за пределами возможностей современных технологий.
сделали бы лунный транспортер на ионных двигателях и компактном ядерном реакторе, уже был бы праздник жизни.

У вас такие представления потому, что в вашем сознании водородная бомба имеет мощность минимум килотонны в тротиловом эквиваленте. Технология PUFF уже давно позволяет создавать импульсы мощностью в тонны тротилового эквивалента, а поджиг плазмы импульсом магнитного поля ещё меньше. То есть защита (тем более секторная) от этих импульсов вполне возможна.